第8章 線程管理

嵌入式系統(tǒng)原理及應用第8章線程管理1線程基本概念2線程工作機制3線程應用方法及實例45課后作業(yè)本章總結線程概念線程管理方式及特點8.1線程基本概念本節(jié)小結8.1.1線程概念模塊化編程是嵌入式系統(tǒng)設計的基本思想之一，通常將一個大的任務分解為多個簡單易解決的小任務。線程是任務的實現(xiàn)載體，是RTT操作系統(tǒng)中最基本的調度單位。8.1.2線程管理方式及特點線程管理的主要功能是對線程進行管理和調度，以實現(xiàn)不同線程的快速切換，達到多線程同時運行的目的，實際上同一時刻MCU只能運行一個線程。8.1.2線程管理方式及特點線程調度由線程調度器完成，RT-Thread的線程調度器是搶占式：保證最高優(yōu)先級的線程優(yōu)先運行。（1）無線程運行時，從就緒線程列表中查找最高優(yōu)先級線程運行。（2）低優(yōu)先級線程使高優(yōu)先級的線程滿足運行條件，當前線程停止運行，高優(yōu)先級的線程運行。（3）中斷服務程序使高優(yōu)先級的線程滿足運行條件，中斷完成時，被中斷的線程掛起，高優(yōu)先級線程運行。線程切換時，調度器先將當前線程上下文信息保存，當再切回到這個線程時，調度器將該線程的上下文信息恢復。本節(jié)小結理解線程的概念；理解線程管理方式及特點。線程控制塊線程重要屬性8.2線程工作機制系統(tǒng)線程本節(jié)小結8.2.1線程控制塊線程控制塊是操作系統(tǒng)用于管理線程的一個數據結構，存放了線程的優(yōu)先級、線程名稱、線程狀態(tài)、鏈表結構、線程等待事件集合等信息，在RT-Thread中，線程控制塊由結構體structrt_thread表示，指向線程控制塊的指針稱為線程句柄，用rt_thread_t表示。8.2.1線程控制塊structrt_thread{/*rtobject*/charname[RT_NAME_MAX];/*線程名稱*/

rt_uint8_ttype;/*對象類型*/

rt_uint8_tflags;/*標志位*/

rt_list_tlist;/*對象鏈表*/

rt_list_ttlist;/*線程鏈表*/

/*stackpointandentry*/void*sp;/*棧指針*/

void*entry;/*線程入口函數指針*/

void*parameter;/*線程參數*/

void*stack_addr;/*棧地址*/

rt_uint32_tstack_size;/*棧大小*/

/*errorcode*/rt_err_terror;/*錯誤代碼*/

rt_uint8_tstat;/*線程狀態(tài)*/

/*priority*/rt_uint8_tcurrent_priority;/*線程當先優(yōu)先級*/

rt_uint8_tinit_priority;/*線程初始化優(yōu)先級*/

rt_ubase_tinit_tick;/*線程初始化計數值*/

rt_ubase_tremaining_tick;/*剩余計數值*/

structrt_timerthread_timer;/*內置定時器*/

void(*cleanup)(structrt_thread*tid);/*線程退出清除函數*/

rt_ubase_tuser_data;/*用戶數據*/};typedefstructrt_thread*rt_thread_t;線程控制塊線程句柄結構體：structrt_threadtid1;=“tid1”結構體指針：rt_thread_ttid2;tid2->name=“tid2”;8.2.2線程重要屬性1.線程名稱線程名稱即線程的名字，由用戶命名，命名規(guī)則遵循C語言變量命名規(guī)則，通常以字母開頭，線程名稱的最大長度由rtconfig.h中的宏RT_NAME_MAX指定，多余部分會被自動截掉，默認長度為8位。2.線程入口函數線程入口函數是線程實現(xiàn)預期功能的函數，線程的入口函數由用戶設計實現(xiàn)，有無限循環(huán)和順序執(zhí)行或有限次循環(huán)兩種模式，在創(chuàng)建線程或初始化線程時可以傳入參數。8.2.2線程重要屬性2.線程入口函數無限循環(huán)模式voidthread_entry(void*paramenter){while(1){/*等待事件的發(fā)生*//*對事件進行服務、進行處理*/}}順序執(zhí)行或有限次循環(huán)模式staticvoidthread_entry(void*parameter){/*處理事務#1*/…/*處理事務#2*/…/*處理事務#3*/}注意：調用延時函數或者主動掛起。注意：簡單的順序語句、dowhlie()或for()循環(huán)8.2.2線程重要屬性3.線程棧RT-Thread線程具有獨立的棧，當進行線程切換時，會將當前線程的上下文信息保存在棧中，當線程恢復運行時，再從棧中讀取上下文信息，進行恢復。線程棧大小可根據實際情況設定，對于資源相對較大的MCU，可以適當設計較大的線程棧，對于資源較小的MUC可以在初始時設置較大的棧，如1K或2K字節(jié)，然后在FinSH中用list_thread命令查看線程運行過程中使用棧的大小，加上適當的余量形成最終的線程棧大小。8.2.2線程重要屬性4.線程優(yōu)先級線程的優(yōu)先級表示線程被調度的優(yōu)先程度，每個線程都具有優(yōu)先級，應給重要的線程賦予較高的優(yōu)先級，增大其被調度的可能。對于ARMCortex-M系列，普遍采用32個優(yōu)先級。最低優(yōu)先級默認分配給空閑線程（31），用戶一般不使用。在系統(tǒng)中，當有比當前線程優(yōu)先級更高的線程就緒時，當前線程將立刻被換出，高優(yōu)先級線程搶占處理器運行。8.2.2線程重要屬性5.時間片當線程優(yōu)先級相同時，時間片才起作用，系統(tǒng)對優(yōu)先級相同的就緒態(tài)線程采用時間片輪轉算法進行調度，即線程輪轉執(zhí)行相應個系統(tǒng)節(jié)拍（1ms）。8.2.2線程重要屬性6.線程狀態(tài)對于單核MCU，同一時刻只允許運行一個線程，操作系統(tǒng)會自動根據線程運行的情況動態(tài)地調整線程狀態(tài)。RT-Thread中線程共有五種狀態(tài)。8.2.2線程重要屬性6.線程狀態(tài)對于單核MCU，同一時刻只允許運行一個線程，操作系統(tǒng)會自動根據線程運行的情況動態(tài)地調整線程狀態(tài)。RT-Thread中線程共有五種狀態(tài)。初始狀態(tài)關閉狀態(tài)就緒狀態(tài)運行狀態(tài)掛起狀態(tài)創(chuàng)建啟動獲取資源得不到或者延時獲取到資源，或者延時時間到自然結束強制結束（一般不用）8.2.2線程重要屬性6.線程狀態(tài)調用函數rt_thread_create/init創(chuàng)建/初始化的線程處于初始態(tài)；初始態(tài)線程調用函rt_thread_startup進入就緒態(tài)；就緒態(tài)線程被調度器調度后進入運行態(tài)；處于運行狀態(tài)的線程調用rt_thread_delay，rt_sem_take，rt_mutex_take，rt_mb_recv等函數或者獲取不到資源時，將進入掛起態(tài)；處于掛起態(tài)的線程等待超時依然未能獲得資源或由于其它線程釋放了資源，將返回就緒態(tài)。掛起態(tài)的線程調用rt_thread_delete/detach函數，將轉換為關閉態(tài)；運行態(tài)的線程運行結束時，會在線程的最后部分執(zhí)行函數rt_thread_exit，將狀態(tài)改為關閉態(tài)。8.2.2線程重要屬性7.錯誤代碼/*線程錯誤代碼*/#defineRT_EOK0/*無錯誤*/#defineRT_ERROR1/*普通錯誤*/#defineRT_ETIMEOUT2/*超時*/#defineRT_EFULL3/*資源已滿*/#defineRT_EEMPTY4/*無資源*/#defineRT_ENOMEM5/*無內存*/#defineRT_ENOSYS6/*系統(tǒng)不支持*/#defineRT_EBUSY7/*系統(tǒng)忙*/#defineRT_EIO8/*IO錯誤*/#defineRT_EINTR9/*中斷系統(tǒng)調用*/#defineRT_EINVAL10/*非法參數*/8.2.3系統(tǒng)線程根據線程創(chuàng)建者，將線程分為系統(tǒng)線程和用戶線程兩類，系統(tǒng)線程是由RT-Thread內核創(chuàng)建的線程，用戶線程是由應用程序調用線程管理接口創(chuàng)建的線程。RT-Thread中的系統(tǒng)線程有空閑線程和主線程。1.空閑線程空閑線程（idle）是系統(tǒng)創(chuàng)建的最低優(yōu)先級的線程，線程狀態(tài)永遠處于就緒態(tài)。當系統(tǒng)中無其它就緒線程時，調度器將調度空閑線程，它通常是一個死循環(huán)，且永遠不能被掛起。8.2.3系統(tǒng)線程RT-Thread中的系統(tǒng)線程有空閑線程和主線程。1.空閑線程空閑線程主要用于回收被刪除線程的資源，如某線程運行完畢，系統(tǒng)將自動執(zhí)行rt_thread_exit函數，先將該線程從就緒隊列中刪除，再將該線程的狀態(tài)更改為關閉態(tài)，然后掛入僵尸隊列（資源未回收，處于關閉態(tài)的線程隊列）中，最后由空閑線程回收該線程的資源。此外，空閑線程提供了接口來運行用戶設置的鉤子函數，適合鉤入功耗管理、看門狗喂狗等工作。8.2.3系統(tǒng)線程所有線程都不運行了，空閑線程才運行?？臻e線程：職位較低，工作乏味！8.2.3系統(tǒng)線程RT-Thread中的系統(tǒng)線程有空閑線程和主線程。2.主線程系統(tǒng)啟動時會創(chuàng)建main線程，它的入口函數為main_thread_entry，用戶的應用入口函數main就是從這里真正開始的，系統(tǒng)調度器啟動后，main線程就開始運行，用戶可以在main函數里添加自己的應用程序初始化代碼。本節(jié)小結理解線程控制塊；熟悉線程的重要屬性；掌握線程狀態(tài)轉換；